นักวิทยาศาสตร์อเมริกันพัฒนาแบบพิมพ์ 3D ที่ละลายในน้ำ สำหรับผลิตถังเก็บไฮโดรเจนเบาเวท

นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแบบพิมพ์ 3D แบบใหม่ที่ละลายในน้ำได้ ทำให้สามารถผลิตถังเก็บไฮโดรเจนเบาเวทที่ไม่มีชั้นใน และทนต่อความดันสูงของก๊าซชนิดอื่นๆ ได้ แบบพิมพ์ดังกล่าว ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "ใจแบบ" (Mandrel) ถูกออกแบบโดยทีมนักวิจัยของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอ็อกริดจ์ (ORNL) ภายใต้กรมพลังงานสหรัฐอเมริกา (DOE) ในโครงการนี้ ทีมได้ร่วมมือกับบริษัทอวกาศยาน Infinite Composites บริษัทผลิตเพิ่มเติม JuggerBot 3D และมหาวิทยาลัยรัฐโอคลาโฮมา

หัวหน้าโครงการ ดร. อัฮเมด อราบี ฮัสเซน เปิดเผยว่า เทคโนโลยีนี้ใช้พอลิเมอร์ที่ละลายในน้ำ ซึ่งได้รับการออกแบบพิเศษ เพื่อผลิตใจแบบ จากนั้นนำไปใช้ผลิตภาชนะกดอากาศวัสดุคอมโพสิตประเภท V ภาชนะเหล่านี้ทำจากวัสดุคอมโพสิตทั้งหมด และไม่ต้องการชั้นในถาวร นอกจากนี้ยังสามารถเก็บไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติอัดกด ไนโตรเจน และ हीเลียม ได้ เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอวกาศยาน การป้องกัน ขนส่ง และพลังงาน

ความท้าทายและวิธีแก้ไขของเทคโนโลยีใหม่

การผลิตถังเก็บก๊าซเบาเวทมีความยากลำบากค่อนข้างสูง โดยเฉพาะการสร้างและนำใจแบบภายในที่ใช้ขึ้นรูปออกมา วิศวกรต้องพึ่งพาแบบโลหะที่มีราคาแพง หรือเครื่องมือที่ซับซ้อนซึ่งต้องถอดแยกเพื่อนำออก ฮัสเซน ได้กล่าวถึงความสำคัญของภาชนะกดอากาศวัสดุคอมโพสิตประเภท V และศักยภาพของมัน เขาระบุว่า: "ภาชนะกดอากาศวัสดุคอมโพสิตประเภท V ที่ไม่มีชั้นใน เป็นขอบเขตใหม่ของการเก็บก๊าซความดันสูงแบบเบาเวท แตกระบวนการผลิตยังคงท้าทายมาก โดยเฉพาะการผลิตและการนำเครื่องมือภายในที่ซับซ้อนออก"

เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้และสร้างใจแบบชั่วคราว นักวิจัยจึงหันไปใช้เทคโนโลยีการผลิตเพิ่มเติมขนาดใหญ่ ซึ่งมักเรียกว่า การพิมพ์ 3D พวกเขาใช้พอลิเมอร์ที่ละลายในน้ำ ซึ่งได้รับการผสมผสานพิเศษ เพื่อพิมพ์แบบพิมพ์ในรูปทรงที่ต้องการ จากนั้น วิศวกรจะม้วนเส้นใยคาร์บอนบนใจแบบ เพื่อสร้างโครงสร้างภายนอกของภาชนะ เมื่อวัสดุคอมโพสิตแข็งตัวแล้ว พวกเขาจะละลายแบบพิมพ์ชั่วคราวในน้ำ ดังนั้น ทีมจึงออกแบบถังคาร์บอนฟีเบอร์ खोว่าที่ไม่มีชั้นในถาวร และเคลือบสารกันซึมก๊าซบนภาชนะ

ข้อดีของการออกแบบและความหมายทางการค้า

ทีมนักวิจัยระบุว่า เทคโนโลยีนี้ไม่ต้องการระบบกลที่ซับซ้อนเพื่อนำเครื่องมือภายในออก ยังช่วยกำจัดความจำเป็นในการใช้ตัวทำละลายระหว่างการนำแบบออก ทำให้การผลิตภาชนะกดอากาศขนาดใหญ่เรียบง่ายขึ้น ฮัสเซน อธิบายว่า วิธีนี้ยังรับรองความแม่นยำทางมิติที่สูง "แบบพิมพ์ใจแบบที่ละลายในน้ำของเรา เป็นขั้นตอนสำคัญในการขจัดอุปสรรคนี้ และทำให้การผลิตภาชนะประเภท V แบบขยายตัวได้และมีต้นทุนคุ้มค่าเป็นไปได้" เขาเติมเต็ม

การออกแบบนี้ยังช่วยลดน้ำหนักรวมของถัง และหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากชั้นในถาวร นอกจากนี้ การใช้แบบพิมพ์ 3D แทนเครื่องมือโลหะแบบดั้งเดิม สามารถลดความซับซ้อนในการผลิต ลดเวลาการผลิต และลดต้นทุนได้ สิ่งนี้จะมีความสำคัญอย่างมากต่ออุตสาหกรรมที่ต้องการระบบเก็บก๊าซเบาเวทที่ทำงานภายใต้ความดันสูง "ผลงานนี้แสดงให้เห็นว่า เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงและความร่วมมือทางอุตสาหกรรมที่แข็งแกร่ง สามารถช่วยทำให้เทคโนโลยีเหล่านี้เข้าสู่การใช้งานจริงได้ใกล้ชิดขึ้น" ฮัสเซน สรุปในข่าวประชาสัมพันธ์ ทีมได้ดำเนินการวิจัยที่สถานสาธิตการผลิตของกรมพลังงานสหรัฐอเมริกา และโครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานนวัตกรรมแร่สำคัญและพลังงานของ DOE

ความก้าวหน้าทางเทคนิคของถังเก็บไฮโดรเจนรุ่นใหม่

เทคโนโลยีใหม่นี้ผ่านแบบพิมพ์ 3D ที่ละลายในน้ำ ทำให้กระบวนการผลิตถังเก็บก๊าซเบาเวทง่ายขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ วิธีการดั้งเดิมต้องการแบบโลหะที่แพง และกระบวนการนำแบบภายในออกเป็นเรื่องยุ่งยาก เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่ลดความซับซ้อนในการผลิต แต่ยังลดต้นทุนและเวลาการผลิตลง ด้วยความต้องการในการเก็บก๊าซความดันสูงอย่างไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้น ศักยภาพทางการค้าของเทคโนโลยีนี้จึงเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย และมีความสำคัญอย่างมากต่ออุตสาหกรรมอย่างอวกาศยานและการป้องกัน